宁安330k V变电站1号主变跳闸原因分析及处理

蒋超伟

（国网宁夏电力公司，宁夏银川 750011）

变压器作为电力系统中主要的电气设备之一，特别是大型变压器在电力系统安全运行中起着至关重要的作用，一旦发生内部故障，变压器保护的误动或拒动不但对电网安全稳定运行影响大，严重时还会影响对用户的供电，直接和间接损失很大。西北电网联络和降压变压器主要是330 kV自耦变压器，其低压侧发生短路故障的几率较高，短路电流大。因此，准确和快速切除故障变压器，对变压器本身和电网安全稳定运行十分重要[1-3]。

本文以宁夏电网宁安330 kV变电站自耦变压器的故障情况为例，利用主变差动保护装置的故障数据，分析了主变故障的实际过程，对今后可能发生的类似故障的分析具有一定的参考和借鉴作用。

1 故障简述

2012年2月22日01时10分，宁夏电网宁安330 kV变电站1号主变330 kV侧由热备用转运行，在合上3332断路器后两套主变差动保护动作，立即出口跳开三相断路器，经保护、检修、高压试验、油务化验专业工作人员检查后，根据保护动作信息、录波图和放电痕迹，查出了故障点。

1.1 故障前运行方式

宁安330 kV变电站330 kV线路全部运行，2号主变运行带全站110 kV及35 kV负荷；1号主变三侧热备用状态，如图1所示，并且已进行了两次充电试验，第一次带电约10 min，第二次带电约3 min，两次充电时装置无告警信号，所有采样数据显示均正常，第三次充电时发生故障。

图1 宁安1号主变现场接线图Fig.1 Wiring diagram of the No.1 main transformer on the spot

1.2 主变、保护配置和动作报告

宁安330 kV变电站的1号主变型号为OSFPSZ10-240000/330,容量240/240/72 MV·A，额定电压330/121/35 kV，是国内某变压器厂2004年12月出厂的产品。主变一次接线为Y0/Y0/Δ-11，CT二次接线为Y/Y/Y。主保护配置2套完全独立的国产主变差动保护，第一套为谐波制动原理差动保护，第二套为波形对称原理差动保护。

故障发生后，1号主变保护等装置的报文有：

1）1号主变保护A屏（PST-1202A），保护动作灯亮，显示屏显示差动保护跳三侧开关，动作信息如下：

2012年02月22日01时10分6秒075毫秒

000000 ms差动保护启动

000022 ms差动保护出口电流=0.935 A

000029 ms后备保护启动

2）1号主变保护B屏（PST-1202B），PT回路异常、跳闸位置（中压侧操作箱、低压侧操作箱）灯亮，动作信息如下：

2012年02月22日01时10分6秒074毫秒

000000 ms差动保护启动

000022 ms差动保护出口短路电流=0.938 A

000029 ms后备保护启动

3）3322开关辅助保护柜（WDLK-862），跳A、B、C灯（Ⅰ、Ⅱ）亮，动作信息如下：

2012年02月22日01时10分5秒365毫秒

000005 ms突变量启动

000043 ms瞬时联跳本断路器三相

实测电流：IA=0.915 A，IB=1.003 A，IC=0.937 A；定值IDZ=0.65 A

4）主变故障录波器屏（SH-2000），3332断路器开关位置由分到合再到分，从波形图看出低压侧电流启动和高压侧电压启动。

1.3 故障过程分析

故障时1号主变保护A屏的各侧波形电流波形如图2所示，其中Ia1，Ib1，Ic1，Ia2，Ib2，Ic2分别为3332、3330断路器电流，Ia3，Ib3，Ic3为101断路器电流，Ia4，Ib4，Ic4为301断路器电流。装置采集到电流差动值为0.935 A，大于保护装置差动启动定值0.2 A，故而导致差动保护动作出口。1号主变保护B屏各侧电流波形与图2基本一致，装置采到的电流差动值为0.938 A，大于保护装置差动启动定值0.2 A，导致差动保护动作出口。

图2 主变保护A屏动作记录及电流录波图Fig.2 Action record of the screen A of the protection of the main transformer and the current waveform record

2 故障原因分析及处理

根据2套主变保护装置的录波图，故障电流只在高压侧存在，中、低压侧无故障电流，B相故障电流明显偏向时间轴一侧，存在直流分量，A、C相相对时间轴对称。B相存在励磁涌流，可能是发生故障的诱因。PST-1200装置防止励磁涌流导致保护误动的原理和技术已经非常成熟，并且适当抬高门槛定值就可躲过励磁涌流。但是，主变故障录波器屏的录波图表明，故障电流存在于主变的高压侧和低压侧，如图3所示；图4为主变故障录波器高压侧故障电流波形图。

根据图2、图3、图4，高压侧电流互感器变比为1000/1，低压侧电流互感器变比为1500/5，高压侧换算至一次侧的短路电流约为952 A，低压侧换算至一次侧的短路电流约为9187 A，考虑到变压器的额定变比330/121/35，可以初步确定存在一个贯穿主变高低压侧的穿越性短路电流，而此短路电流未流经低压侧保护用电流互感器，从而引起差动保护满足条件动作跳闸，通过进一步对主变低压侧301断路器电流互感器配置情分析发现，主变低压侧配置2组电流互感器，一组为测量、计量、录波器提供采样电流，一组为2套主变保护提供采样电流，配置情况如图5所示。

图3 主变故障录波器电流波形图Fig.3 Current waveforms of the main transformer fault recorder

图4 主变故障录波器高压侧故障电流波形图Fig.4 Current waveform of fault recorder on the high voltage side of the main transformer

图5 主变低压侧301断路器电流互感器配置图Fig.5 Configuration of the current transformer of the 301 breaker on the low voltage side of the main transformer

图5中，测量、计量用电流互感器更靠近主变侧，2套主变保护装置中低压侧无电流，而主变故障录波器中低压侧有电流，因此，故障点可能位于2组电流互感器之间。通过对主变低压侧301开关柜检查发现，连接2组电流互感器的铜牌有放电现象，如图6所示；用于固定铜牌的螺帽有烧融现象，如图7所示。

图6 主变低压侧电流互感器铜牌放电图Fig.6 The discharging phenomenon on the copper bar in the current transformer on the low voltage side of the main transformer

考虑到本次属于变压器近区故障，现场初步确定故障原因后，油务化验及时取油样进行了检测，发现变压器油样正常。高压试验专业对主变本体及三侧进行了绕组变形、局部放电、耐压测试等例行检查性试验，在对301断路器电流互感器及35 kV母线交流耐压试验时，发现相间绝缘水平不合格，其他试验均合格。耐压试验时，仪器加压至60 kV时有明显放电现象发生，而规程要求35 kV相间交流耐压不低于76 kV。因此，本次跳闸是由于空充主变引起低压侧过电压，低压侧断路器电流互感器连接铜牌绝缘水平下降导致相间放电，从而产生故障电流引起主变保护正确动作。

图7 主变低压侧电流互感器固定螺母烧融图Fig.7 The melting phenomenon for the bolt in the current transformer on the low voltage side of the main transformer

3 采取的反事故防范措施及对策

近几年的几起330 kV主变故障跳闸，有外部一次设备绝缘不良和二次设备出现问题造成的，如瓦斯继电器进水、电流二次回路缺陷等造成的误动，也有变压器本体内部绕组变形、油色谱出现问题造成的[4-6]，但在其处理过程中往往出现由于对故障原因本身认识不准确、采取措施不到位造成主变停电时间过长、甚至设备损坏等现象。本次变压器近区故障发生后，采用先从二次准确找出故障原因及区域，再从一次专业方面去验证的方法，采取正确迅速的措施使故障带来的损失最小化，得出以下防范措施：

1）建议运行维护工作中加强巡视，采取诊断性巡视检查方式[7-9]，如利用红外测温等手段，没有及时发现设备老化、绝缘不良等隐患，及早进行处理，尽量将隐患消除在萌芽状态。

2）针对投运时间较长，相对比较老化和存在缺陷的主变低压侧设备，建议采取创新性针对措施，即高压试验专业考虑将耐压试验纳入常规性检查项目，以防止近区故障产生的大短路电流造成对主变本体的冲击。

3）重视主设备质量管理，加强设备选型、监造、入网检验、投运验收、运行检测等全过程质量管理，杜绝缺陷设备入网，防止设备损坏[10-11]。

4）本次故障保护专业人员以主变保护装置波形图与故障录波器波形图相结合的方式，在现场迅速找出故障原因、查出故障点，缩短了主变停电时间。故障录波器发挥了重要作用，其安装简便，投资少、作用大，值得继续推广，应该扩大其配置面，同时加强运行维护，确保故障时立即启动录波[10]。这也得益于保护工作人员较强的专业技术素质。建议继续加强专业技能培训，打造一支专业性的检修队伍，为电网的安全稳定运行保驾护航。

4 结语

由于空充主变引起低压侧过电压，低压侧断路器电流互感器连接铜牌绝缘水平下降导致相间放电，从而产生故障电流引起主变保护正确动作，宁安330 kV变电站1号主变故障跳闸。通过此次故障分析得出，只要认真总结经验，严格执行规程及反措规定，采取有力的防范措施，特别针对投运时间较长，相对比较老化和存在缺陷的主变低压侧设备，高压试验专业考虑将耐压试验纳入常规性检查项目，能有效防止类似故障的发生，确保电网长周期安全稳定运行。

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